電流互感器檢定用測試設(shè)備的匹配問題

盧嘉棟

(山西省機電設(shè)計研究院有限公司，山西 太原 030009)

1 電流互感器檢定用測試設(shè)備的組成

根據(jù)JJG313—2010《測量用電流互感器》檢定規(guī)程的規(guī)定，檢定電流互感器采用比較測差法[1]，即采用同變比標(biāo)準(zhǔn)電流互感器(又稱標(biāo)準(zhǔn)器)與被檢電流互感器進行比較。檢定時，由電源設(shè)備為標(biāo)準(zhǔn)器和被檢電流互感器提供相同的一次電流，二者的二次電流輸入互感器校驗儀，由互感器校驗儀讀出被檢電流互感器相對于標(biāo)準(zhǔn)器的誤差。電流互感器的檢定線路如圖1所示。

圖1 電流互感器檢定線路

圖1中，TY為電壓調(diào)節(jié)器，SL為升流器，CT0為標(biāo)準(zhǔn)器，CTX為被檢電流互感器，Z為電流負(fù)荷箱，HE為互感器校驗儀，互感器校驗儀有電位差式校驗儀或數(shù)顯校驗儀。由圖1電流互感器檢定線路可知，檢定電流互感器用測試設(shè)備包括電壓調(diào)節(jié)器、升流器、標(biāo)準(zhǔn)電流互感器、互感器校驗儀和電流負(fù)荷箱等。

2 電壓調(diào)節(jié)器與升流器的匹配

在檢定電流互感器時，需要電壓調(diào)節(jié)器提供可調(diào)節(jié)的輸出電壓，升流器為標(biāo)準(zhǔn)器和被檢電流互感器提供一次電流。電壓調(diào)節(jié)器和升流器需匹配，二者的電壓和容量必須相當(dāng)。

2.1 電壓調(diào)節(jié)器與升流器電壓匹配問題

由圖1電流互感器檢定線路可以看出，電壓調(diào)節(jié)器TY的電壓輸出端連接升流器SL的電壓輸入端，因此，二者的電壓必須相當(dāng)。如電壓調(diào)節(jié)器的輸出電壓UT大于升流器的輸入電壓UL,則升流器可能因過載燒壞；如果UT小于UL，則升流器容量可能因輸入電壓不足而造成浪費。

2.2 電壓調(diào)節(jié)器與升流器容量匹配問題

在檢定電流互感器時，交流電源電壓調(diào)節(jié)器和升流器共同為標(biāo)準(zhǔn)器和被檢電流互感器提供一次回路電流，二者容量必須相當(dāng)，如果電壓調(diào)節(jié)器的容量ST大于升流器容量SL則會造成“大馬拉小車”現(xiàn)象；而如果ST小于SL，則會造成“小馬拉大車”現(xiàn)象，在實際使用中只能按容量小的使用，容量大的會造成浪費。

2.3 電壓調(diào)節(jié)器與升流器容量計算

檢定電流互感器時，電壓調(diào)節(jié)器與升流器需要提供的容量有[2]：

(1) 標(biāo)準(zhǔn)器和被檢電流互感器自身的空載容量和其二次負(fù)荷容量S1(VA)：

S1=40～150.

(1)

(2) 電流互感器一次回路連接導(dǎo)線有功容量S2(VA)：

S2=K1Ien.

(2)

其中：K1為系數(shù)，K1=2 V～4 V；Ien為標(biāo)準(zhǔn)器額定一次電流值。

(3) 電流互感器一次回路連接導(dǎo)線無功容量S3(VA)：

(3)

其中：K2為系數(shù)，K2=(0.5～1)×10-3Ω。

故電壓調(diào)節(jié)器與升流器輸出容量S為：

S=S1+S2+S3.

(4)

將式(1)～ 式(3)代入式(4)可得：

(5)

3 標(biāo)準(zhǔn)器與互感器校驗儀的匹配

標(biāo)準(zhǔn)器是標(biāo)定電流互感器檢定裝置整體準(zhǔn)確級的最關(guān)鍵計量器具，互感器校驗儀是測量并指示被檢電流互感器相對于標(biāo)準(zhǔn)器的誤差測量裝置?；ジ衅餍ｒ瀮x工作回路內(nèi)阻抗給標(biāo)準(zhǔn)器帶來負(fù)荷，同時檢定電流互感器時，校驗儀差流回路內(nèi)阻抗給標(biāo)準(zhǔn)器和被檢電流互感器帶來大小相等、符號相反的附加負(fù)荷[3]。

3.1 標(biāo)準(zhǔn)器的選擇和技術(shù)性能要求

標(biāo)準(zhǔn)器包括標(biāo)準(zhǔn)電流互感器和電流比例標(biāo)準(zhǔn)器，通常使用標(biāo)準(zhǔn)電流互感器、雙級電流互感器或補償式電流比較儀等，其一次電流值為GB20840.1—2010《互感器第1部分：通用技術(shù)要求》和GB/T20840.2—2014《互感器第2部分：電流互感器補充技術(shù)要求》規(guī)定的額定值，其二次電流通常為5 A和1 A，準(zhǔn)確度級別范圍為0.05～0.001級或0.05S～0.001S級。

標(biāo)準(zhǔn)器與被檢電流互感器的額定電流比相同，準(zhǔn)確級至少比被檢電流互感器高兩個級別，其實際誤差不大于被檢電流互感器誤差限值的1/5，其實際二次負(fù)荷不應(yīng)超出額定和下限負(fù)荷范圍，誤差回路負(fù)荷應(yīng)包括在實際二次負(fù)荷之內(nèi)。由此可得出標(biāo)準(zhǔn)器的誤差限值，如表1和表2所示。

表1 標(biāo)準(zhǔn)電流互感器誤差限值

由表1和表2可以看出：對于標(biāo)準(zhǔn)器的誤差限值要求，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)器比被檢互感器高兩個準(zhǔn)確級時，對于0.05級和0.05S級以及0.005級和0.005S級標(biāo)準(zhǔn)器，其誤差限值比JJG313—2010《測量用電流互感器》中表1和表2規(guī)定的誤差限值嚴(yán)格。

表2 特殊用途標(biāo)準(zhǔn)電流互感器誤差限值

3.2 互感器校驗儀工作回路阻抗與標(biāo)準(zhǔn)器負(fù)荷的匹配

互感器校驗儀工作回路阻抗包括采樣電阻或等值電阻與連接導(dǎo)線電阻之和；標(biāo)準(zhǔn)器負(fù)荷為互感器校驗儀工作回路阻抗和差流回路附加負(fù)荷等值阻抗之和，負(fù)荷值范圍通常為0.1 Ω～0.2 Ω。校驗儀工作回路一般有兩種采樣方式：①電阻采樣，其電阻值R01=0.1 Ω；②互感器采樣，其阻值R0≤0.01 Ω。對于第一種方式，只要互感器校驗儀工作回路的連接導(dǎo)線電阻值R02≤0.1 Ω，則校驗儀工作回路阻抗R0=0.1 Ω～0.2 Ω，符合標(biāo)準(zhǔn)器負(fù)荷范圍。對于第二種方式，則需要在連接導(dǎo)線電阻中串接0.1 Ω電阻，使R0=0.1 Ω～0.2 Ω。

標(biāo)準(zhǔn)電流互感器的二次電流大都是5 A的，常用的標(biāo)準(zhǔn)器變比范圍為(5～2000/5)A或(5～5000/5)A。要檢定二次電流為1 A的電流互感器，可以通過5 A的標(biāo)準(zhǔn)器與5/1 A的電流互感器級聯(lián)進行檢定，如圖2所示。

圖2中，CT01為二次電流5 A標(biāo)準(zhǔn)器，CT02為用于級聯(lián)的5/1 A電流互感器或5/1 A自耦式電流互感器。

圖2 電流互感器級聯(lián)檢定線路圖3 測標(biāo)準(zhǔn)器二次負(fù)荷阻抗線路

對于級聯(lián)電流互感器的檢定線路，按規(guī)定CT01和CT02的二次負(fù)荷都應(yīng)在其額定負(fù)荷和下限負(fù)荷之間，應(yīng)為0.1 Ω～0.2 Ω。

對于5/1 A級聯(lián)電流互感器，由于自耦式電流互感器的誤差小于一般互感器，且其一次輸入電阻也小于一般電流互感器，更適合于級聯(lián)線路中用于下一級的標(biāo)準(zhǔn)電流互感器，建議在級聯(lián)線路中使用自耦式電流互感器。對于標(biāo)準(zhǔn)器二次回路阻抗可通過電流互感器參數(shù)測量線路來測定，以考核標(biāo)準(zhǔn)器二次回路負(fù)荷是否符合規(guī)程規(guī)定要求，測標(biāo)準(zhǔn)器二次負(fù)荷阻抗線路如圖3所示。測試時，選擇互感器校驗儀的測阻抗功能，在20%額定電流點測標(biāo)準(zhǔn)器二次回路的負(fù)荷阻抗，其阻抗值應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)器額定負(fù)荷和下限負(fù)荷之間。

4 互感器校驗儀差流回路附加負(fù)荷與標(biāo)準(zhǔn)器負(fù)荷的匹配

互感器校驗儀差流回路有阻抗壓降，給標(biāo)準(zhǔn)器和被檢互感器分別帶來大小相等、正負(fù)相反的附加負(fù)荷。附加負(fù)荷的大小和相位不僅與差流回路內(nèi)阻有關(guān)，而且與校驗儀誤差有關(guān)[4]。設(shè)差流回路內(nèi)阻為Rd，被檢互感器的誤差限值為εm，最大附加負(fù)荷等值阻抗為ZF，產(chǎn)生的附加負(fù)荷誤差稱為附加誤差，則：

εm=fm+jδm.

(6)

ZF=Rdδm=Rd(fm+jδm).

(7)

其中：fm為比值差最大值；δm為相位差最大值。

JJG313—2010《測量用電流互感器》規(guī)定：互感器校驗儀差流回路附加二次負(fù)荷引起的測量誤差，即附加誤差不大于被檢互感器的誤差限值1/20。一般標(biāo)準(zhǔn)器和被檢電流互感器的最小額定負(fù)荷阻抗為0.2 Ω，如果ZF<(1/20)Zon(Zon為額定負(fù)荷下二次回路總阻抗)，則附加誤差對標(biāo)準(zhǔn)器和被檢電流互感器均可忽略不計[5]；而對于標(biāo)準(zhǔn)器為雙級電流互感器，且用于電位差式校驗儀和數(shù)顯校驗儀，這時雙級電流互感器就成為雙級補償電流互感器，校驗儀差值回路的附加負(fù)荷就是它的負(fù)荷，稱為雙級負(fù)荷。雙級電流互感器的誤差主要決定于差流回路附加負(fù)荷[6]，如果雙級電流互感器用作標(biāo)準(zhǔn)器在任意電位差式校驗儀和數(shù)顯校驗儀上進行誤差測試，假設(shè)Rd=5 Ω，雙級電流互感器的雙級負(fù)荷與被檢電流互感器的對應(yīng)關(guān)系如表3所示。

表3 雙級電流互感器的雙級負(fù)荷與被檢電流互感器的對應(yīng)關(guān)系

5 結(jié)束語

用于檢定電流互感器的標(biāo)準(zhǔn)器，其準(zhǔn)確級決定了電流互感器檢定裝置或檢定系統(tǒng)整體的準(zhǔn)確度，標(biāo)準(zhǔn)器在使用時其二次回路實際負(fù)荷阻抗必須是額定負(fù)荷阻抗和下限負(fù)荷阻抗之間任一值，標(biāo)準(zhǔn)器二次回路實際負(fù)荷高于額定負(fù)荷或低于下限負(fù)荷都不能保證標(biāo)準(zhǔn)器的準(zhǔn)確級；用于檢定高準(zhǔn)確級電流互感器的雙級電流互感器，其雙級負(fù)荷必須與互感器校驗儀差流回路附加負(fù)荷相匹配，可通過互感器校驗儀的性能參數(shù)來確定標(biāo)準(zhǔn)器的有效性，二者單獨送檢合格并不意味著檢定裝置或檢定系統(tǒng)整體合格；另外，電壓調(diào)節(jié)器和升流器的電壓和容量必須相當(dāng)，相互匹配，二者的額定容量才能有效利用，達(dá)到全量程測試的目的。